Геотермальные установки - новая эра в вентиляции

Создание в жилом помещении комфортных условий для проживания, всегда было связано с дополнительным расходом энергии, за исключением простейших случаев, когда для проветривания достаточно просто открыть окно. Когда же речь идет о принудительном вентилировании – неизбежен расход электроэнергии не только для создания потока воздуха, но и для поддержания его температуры в пределах достаточного температурного комфорта.

Технология, о которой пойдет речь, изначально родилась в США в 70-х годах прошлого века. Позже, в 80-е годы эту технологию взяли на вооружение европейские страны. Вызвано это было, в первую очередь, высокой ценой на энергоносители. Сегодня данная технология наиболее развита в Польше и Германии, где большое количество фирм занято в этой индустрии. У нас же, как впрочем и в соседней России, вентиляция с использованием геотермального тепла начала вызывать интерес намного позже, поскольку до недавнего времени энергоносители были не столь дороги как в ЕС. В Украине такие системы стали устанавливать сравнительно недавно.

Геотермальные системы отличаются от других систем принудительной вентиляции тем, что для поддержания комфортной температуры воздуха требуют значительно меньшего расхода энергии. Электроэнергия требуется только для создания принудительного потока воздуха. Для придания же ему комфортной температуры используется геотермальное тепло. Данное решение позволяет повысить энергоэффективность и существенно снизить эксплуатационные расходы, что особенно актуально ввиду постоянного роста цен на невозобновляемые энергоносители, каковыми, в первую очередь, являются уголь, нефть и природный газ.

В основу технологии положен тот факт, что грунт в силу своей колоссальной массы, измеряемой миллиардами тонн, является огромным тепловым аккумулятором. Для того, чтобы он изменил свою температуру в ту или иную сторону (например, при взаимодействии с атмосферным воздухом), нужны месяцы. И то это касается лишь самых верхних слоев грунта до глубины 1,5-2 метра. Но ниже уровня возможного промерзания — от 3 м и глубже — температура грунта в течение года практически не меняется. Зимой она составляет от +5 до +7°С, а летом — от +10 до +12°С, хотя в разных климатических поясах эти данные могут отличаться. Более точные параметры можно найти в специальной литературе. Не воспользоваться этим природным теплом было бы непрактично. Именно его и утилизируют геотермальные вентиляционные системы, в основе которых лежат грунтовые теплообменники. Опыт эксплуатации системы в странах Западной Европы показал, что в зимний период грунтовый теплообменник может нагреть приточный воздух, поступающий в помещение, на температуру выше нуля, а в летний период — охладить до +18-20°С.

Система воздуховодов, выполняющих функцию теплообменника, согласно данной технологии укладывается в грунте ниже точки промерзания в данной местности. Для Украины это порядка 3-х метров. Концентраторов тепла, то есть классического теплового насоса с фреоном в качестве теплоносителя в системе нет. Воздух сам является теплоносителем. Воздух, который проходит по воздуховоду, нагревается в зимний период или охлаждается в летний период почвой через стенку воздуховода. Далее нагретый и отфильтрованный воздух распространяется по помещениям дома. Высокая инерционность системы также имеет важное значение, так как при резких колебаниях температуры наружного воздуха температура на глубине свыше 1,5 м остается постоянной.

В усовершенствованном варианте система представляет собой теплообменник типа «труба в трубе». При этом по внутренней трубе перемещается вытяжной воздух, удаляемый из помещения, а по наружной — приточный воздух с улицы. При этом применяются спирально навивные воздуховоды из нержавеющей стали, которые обладают высокой теплопроводностью и позволяют осуществить высокоэффективную рекуперацию. Такая конструкция позволяет сократить длину воздуховодов, размещенных в грунте, и улучшить тепловые характеристики, снизить энергозатраты и предотвратить обледенение рекуператора приточно-вытяжного агрегата.

Таблица 1. Суммарные затраты за весь год на нагрев или охлаждение свежего воздуха.

Первая ступень рекуперации осуществляется в спирально-навивных трубах из нержавеющей стали. Вторая ступень рекуперации происходит в приточно-вытяжной установке. Эксплуатационные затраты таких систем равны сумме затрат на работу приточно-вытяжных вентиляторов и затрат по периодической замене фильтров. Диаметр и длина воздуховода определяются в зависимости от расхода воздуха и уровня капитальных и эксплуатационных затрат.

В сочетании с приточно-вытяжной установкой с рекуперацией тепла (ВУТ) эта система обеспечивает постоянный воздухообмен в помещении, которой необходим для комфортного пребывания в нем людей. Системы геотермальной вентиляции могут применяться в коттеджах, складских помещениях, магазинах, ресторанах, промышленных зданиях.

Очевидные преимущества

Комфорт в летний период

В теплое время года грунтовый теплообменник (ГТО) обеспечивает охлаждение приточного воздуха. Наружный воздух поступает через воздухозаборник в ГТО, где охлаждается за счет грунта. Затем охлажденный воздух подается по воздуховодам в приточно-вытяжную установку ВУТ, в которой на летний период вместо рекуператора установлена летняя вставка. При таком решении, происходит снижение температуры в помещениях, улучшается микроклимат в доме.

Экономия в зимний период

В холодное время года наружный воздух поступает через воздухозаборник в ГТО, где прогревается и затем поступает в приточно-вытяжную установку ВУТ для дальнейшего нагрева в рекуператоре. Предварительный нагрев воздуха в ГТО снижает вероятность обледенения рекуператора, увеличивая эффективное время рекуперации, и снижает затраты на нагрев воздуха в водяном/электрическом нагревателе.

Работа в межсезонье

В межсезонье, когда разница между температурой наружного и внутреннего воздуха невелика, подачу воздуха можно осуществлять через приточную решетку, расположенную на стене дома в надземной части. В период, когда разница температур существенна, подачу свежего воздуха можно осуществлять через ГТО, обеспечивая подогрев/охлаждение приточного воздуха.

Размещение системы в доме

Размещение геотермальной вентиляционной системы в доме возможно в двух вариантах: в доме с подвальным этажом и без него.

Рис. 1. Система в здании с подвальным этажом.

В первом случае предполагается монтаж основных элементов системы: устройства сбора и отвода конденсата, обводного клапана, переходников и приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла — в подвальном помещении.

При размещении элементов геотермальной вентиляционной системы в доме без подвального этажа необходимо обеспечить наличие инспекционного колодца, в котором размещается специальное устройство для сбора и отвода конденсата, образующегося в трубе ГТО. Приточно-вытяжная установка и элементы системы располагаются в отведенном для них месте в помещении.

Рис. 2. Система в здании без подвального этажа.

В зданиях без подвального этажа воздуховод грунтового теплообменника заходит в здание через отверстие в фундаментной плите. При этом рекомендуется дополнить систему ревизионным колодцем на улице. Для отвода конденсата необходимо обеспечить уклон трубы не менее 2°, а приточно-вытяжную установку (ВУТ) можно расположить на чердаке здания.

Рекуперация тепла

Важно отметить, что в системе применяется пластинчатый рекуператор с большой площадью поверхности и высоким КПД, изготовленный из полистирола или алюминия. Принцип его действия основан на том, что уходящий воздух отдает свое тепло пластинам, а те в свою очередь, потоку приточного воздуха. Тем самым уменьшаются затраты на нагрев приточного воздуха. Потоки приточного и вытяжного воздуха не пересекаются, благодаря чему исключается передача одним потоком другому загрязнений, запахов, микроорганизмов. Количество тепловой энергии, отдаваемой вытяжным воздухом приточному, зависит только от теплопроводности материалов и разницы температур между потоками.

Эффективность таких рекуператоров достигает 95%, что позволяет значительно снизить эксплуатационные расходы на подогрев приточного воздуха. При этом наличие байпаса позволяет переключить работу установки в режим без рекуперации, когда это необходимо.

В результате теплый вытяжной воздух охлаждается, а холодный приточный нагревается. Использование пластинчатых теплообменников в системе вентиляции сказывается на сокращении срока окупаемости оборудования и улучшении его экономических характеристик, обеспечивая такие преимущества как:

• низкое энергопотребление;
• низкие капиталовложения на выработку тепловой энергии и ее распределение;
• отсутствие подвижных элементов, следовательно, долговечность и возможность непрерывного функционирования;
• предварительный подогрев приточного воздуха в зимний период, охлаждение и осушение приточного воздуха в летний период, что снижает эксплуатационные затраты;
• высокоэффективная рекуперация и, следовательно, быстрая самоокупаемость;
• бережное отношение к окружающей среде.

Установка системы

Важно вовремя принять решение об установке. Переделывать систему вентиляции, собранную ранее, сложно и дорого. Реализовать представленную технологию гораздо удобней на этапе строительства, как и производить расчет системы на этапе проектирования. Прокладку воздуховодов удобней делать одновременно с укладкой фундамента, а не вскрывать грунт вокруг уже построенного дома, срывать газоны и перекапывать дорожки сада. Когда появилась коробка дома, можно делать разводку вентиляционных каналов. Окончательно закончить установку системы можно уже после завершения отделочных работ. Если все устанавливать в уже существующий дом, то это займет недели две, но обойдется дороже за счет восстановительных работ.

Система вентиляции, как и тепловой насос, и вся бытовая техника, замирает при отключении электричества. Если движение воздуха прекращается, то воздух в системе за час или два нагреется до температуры грунта. Эти несколько кубических метров воздуха при возобновлении подачи электричества поступят в систему вентилирования, что в целом не очень страшно. Все же остановка вентиляции не столь критична как, например, прекращение отопления или отключение холодильника или компьютера. Тем не менее, резервный электрогенератор в доме был бы не лишним.

По мнению специалистов, рекомендуемая длина подземного теплообменника составляет от 25 до 50 метров. Этого достаточно для домов общей площадью порядка 150 м2. Зависит эта величина от объема воздуха, сечения трубы и скорости прокачки и рассчитывается индивидуально для каждого случая. Для домов большей кубатуры применяются воздуховоды большего сечения. Важно при этом задать небольшую скорость движения воздуха в трубе, чтобы увеличить время нагрева.

Конструкция подземного теплообменника предполагает возможность для чистки, хотя возможность засорения подземного теплообменника крайне мала. Трубы укладываются под уклоном чтобы стекал конденсат, оборудуются и смотровые колодцы. Чистка и осмотр системы проводятся по мере засорения, например, при появлении несвежего запаха из воздуховодов. Сервис желательно осуществлять сезонный, например, после поры цветения. Рекомендованный интервал — три месяца. Фильтры можно чистить раз в неделю, или раз в две недели.

Плюсом является и то, что нет документов или нормативов, которые запретили бы установить такую систему на своем участке. Все компоненты системы сертифицированы в Украине. Срок службы системы зависит в основном от ресурса рабочих узлов в первую очередь двигателей.

Стоимость системы

Не последнюю роль в принятии решения об установке системы играет ее стоимость. Для того, чтобы система заработала, на старте нужны довольно серьезные инвестиции.

Рекуператор на дом в 150 м2 обойдется в 1500-2000 у.е. Система разводки — от 500 до 1000 у.е. Воздуховоды для геотермальной системы из нержавейки — до 1000 у.е за 30 метров. Вместе с проектной частью и оплатой труда персонала всего получается до 10 тыс. у.е. Сумма нешуточная. При этом срок окупаемости рассчитать сложно, слишком велико количество переменных.

Очевидно одно, система повлияет на климат в доме, а значит, и на здоровье жильцов. Люди меньше будут болеть, меньше тратить на лекарства, а подобную выгоду трудно оценить в деньгах.

Правила использования материалов сайта